井筒微芯片示踪器研制

为了快速检测钻井过程中的井筒压力和温度分布,从而对井涌、井漏和钻具磨损等各类井下故障进行判断和预测,进行了微芯片示踪器研究攻关。采用微型化采集技术、高效电源管理技术和高温高压封装技术,设计研制了小尺寸、低功耗井下数据采集系统——微芯片示踪器样机。该示踪器连续投放到循环的钻井液中,可以快速采集井筒中的压力和温度数据,获得井筒温度、压力分布剖面。微芯片示踪器原理样机直径只有20mm,地面测试表明,该样机可连续采集到养护釜中100℃以下的温度变化,以及20MPa以下的压力变化。这表明,利用微芯片示踪器可以采集到井筒中的压力和温度数据,建立井筒压力和温度分布剖面。

井筒微芯片示踪器电源技术及现场试验

微芯片示踪器的工作性能受电源影响较大,有时在井下不能采集到完整的数据,为此,设计了以可充电锂电池为电源,采用无线充电技术给其充电的供电方案。通过充放电试验考察了无线充电过程中充电电压与送电电压、线圈对心距和充电时间的关系,以及高温环境对电池放电特性的影响。结果表明:送电电压和线圈对心距之间相互影响,送电电压较小和充电距离过大,充电电压均达不到充电要求,反之充电电压过大会导致电池被充爆;充电时间越长充电效果越好,但会增长现场作业时间,而充电时间过短又会导致电池充电不充分;锂电池高温下的放电速度比常温下快。现场入井试验结果表明,采用设计供电方案的微芯片示踪器能够采集到整个井筒的温度数据。这表明微芯片示踪器采用设计的供电方案可以解决示踪器工作性能受电源影响的问题。

基于MSP430的微芯片示踪器电路系统

针对钻井工程需求,设计了一种基于MSP430G2553的微芯片示踪器电路系统,可以用于温度和压力的随钻测量。采用MSP430G2553作为总控制器,并利用控制器片上A/D转换器、Flash存储器和振荡器,实现数据采集、处理和存储;压阻式压力传感器EPB直径仅为3.2 mm,温度传感器LM75集成了传感器和模数转换器,温度数据读取方便。系统设计紧凑、性能稳定、体积小和功耗低,并具有较高的耐温性能。

基于微芯片技术的全井筒压力温度采集器

针对全井筒工程参数测量的需要,设计基于微芯片示踪技术的全井筒压力温度采集器。示踪器由传感器、电子线路和封装外壳组成,系统功耗低(小于30mW),体积小(Φ16mm),重量轻(4g),测量压力达到60 MPa,测量温度达到100℃。在井筒压力温度采集过程中,示踪器被投入井筒内,浮在钻井液里并随钻井液运动,最后从井筒底部返回地面,在这一循环过程中,示踪器连续采集井筒中流体的压力和温度。作为一种可扩展的随钻测量平台,示踪器可以为钻井工程、井漏识别、压裂作业、井下高速数据传输等领域提供服务。

一种微芯片示踪器录井方法研究

针对钻井工程参数实时测量和快速传输的需要,探索一种微芯片示踪器录井方法。对微型传感器技术、无线射频技术和无线充电技术进行了研究,采用微型化的设计思路,开发出集测量、采集、存储和传输一体化的微芯片示踪器。该仪器直径7.5 mm,由微型温度传感器和压力传感器、微尺寸采集控制电路和微型电池等部件组成,部件外面用环氧树脂材料包敷密封,测量温度可以达到100℃,测量压力可以达到70 MPa。通过对微芯片示踪器井深定位问题进行探讨,提出基于井筒参数和磁定位估算井深的方法。微芯片示踪器是一种随钻测量平台,兼具钻井、测井和录井等仪器的功能,在钻井工程、录井工程、压裂作业等领域有着广泛的应用前景。

井筒微芯片示踪器的深度定位研究

针对微芯片示踪器只有时间信息而没有井深信息,不容易评价不同井深的温度和压力状况的问题,开展了微芯片示踪器深度定位方法研究。分析了时间分配法和速度定位法的特点,根据井筒物理参数、钻井液参数和微芯片示踪器参数,计算钻井液在环空内的上返速度,以及微芯片示踪器在钻井液内的下沉速度,从而获得微芯片示踪器在不同井段内的上返速度或者上返时间。提出了速度解算法的微芯片示踪器深度定位方法,把微芯片示踪器下沉速度的计算归为一元多次方程的求解,最大程度地降低了由于输入参数不准而导致的计算偏差。开展了1口浅井和1口深井的微芯片示踪器入井试验,微芯片示踪器均测量到了井筒的温度数据,通过深度定位方法得到了这2口井不同深度点对应的温度。由于对钻井液性能参数估算不准,利用速度定位法计算的微芯片示踪器在浅井的运动速度偏低,而在深井的运动速度偏高,获得的微芯片示踪器的井深信息不准。研究结果表明,利用时间分配法和速度解算法等深度定位方法能够获得微芯片示踪器的井深信息,从而能够用微芯片示踪器准确评价不同井深的温度和压力状况,对于智能钻井技术具有重要意义。